Équipe DYFEA > Axe 1 : Fonctionnement trophique des écosystèmes côtiers

L’objectif de cet axe est de caractériser le fonctionnement trophique des écosystèmes côtiers. Les habitats d’intérêt seront des écosystèmes interconnectés anthropisés que représente le continuum « proche bassin versant/marais/vasières intertidales/baies littorales semi-fermées/plateau continental ».


Action 1 : Processus microbiens en domaines benthique et pélagique : structuration, contrôle et devenir

Volet 1 : Structuration et contrôle du biofilm microbien benthique

Ce volet consiste (1) à décrire et comprendre les processus par lesquels les acteurs microbiens du biofilm benthique interagissent et (2) comment ces interactions directes et indirectes contrôlent in fine la production primaire des vasières intertidales et sa dynamique (figure 2). Cette étude se fait par une approche expérimentale à l’échelle de la communauté jusqu’à l’espèce. Les questions abordées sont :
1) Dynamique saisonnière de la diversité et de la productivité photosynthétique du microphytobenthos (MPB) : comment la production primaire est régulée par les principaux facteurs environnementaux : la lumière et l’azote ;
2) Déterminisme de la production bactérienne et diversité des procaryotes associés au MPB : a) comprendre le rôle des exopolymères (EPS) issus de l’activité du MPB dans le contrôle de la production bactérienne (collaboration AMES), b) déterminer la diversité génétique des procaryotes associés au MPB dans des conditions de lumière différentes ;
3) Rôle des procaryotes dans le cycle de l’azote en tant que variable forçante de la production du MPB : a) caractériser l’activité de reminéralisation de la matière organique (dont les EPS) des procaryotes, b) comprendre l’impact de la mise à disposition subséquente de l’azote sur la régulation de la productivité photosynthétique du MPB dans des conditions de lumière différentes ;
4) Régulation de la biomasse, diversité et de la production des procaryotes et du MPB par les virus benthiques : a) dynamique de la diversité des virus en fonction des facteurs environnementaux, b) quantification des pertes de biomasse et des changements de diversité procaryotiques et MPB par lyse cellulaire, c) impact d’une infection virale sur la productivité photosynthétique du MPB dans des conditions de lumière différentes ;
5) Interactions entre microorganismes du biofilm : mise en évidence et caractérisation de molécules impliquées dans les interactions positives ou négatives entre les microorganismes isolés du biofilm benthique ou d’autres modèles de biofilms bactériens impliqués dans la biocorrosion des structures métalliques en milieu marin (collaboration LEMMA) ; 6) Régulation du développement du biofilm par les foraminifères des vasières : comment ces protistes hétérotrophes contrôle le biofilm le long d’un gradient granulométrique.

Volet 2 : Couplage benthos-pelagos : le devenir des microorganismes benthiques

Ce volet vise à approfondir ce qui a été entrepris dans le précédent quadriennal. Dans un premier temps, sera étudié le réseau planctonique microbien par l’étude (1) des processus de mortalité bactérienne d’origine virale et due à la prédation par les protistes et (2) de la prédation du mesozooplancton sur les compartiments microbiens autotrophes et hétérotrophes. Dans un deuxième temps, le couplage benthos-pelagos sera étudié sous deux aspects : (1) action hydrodynamique (collaboration DPL) et (2) action biologique sur le devenir du biofilm. Pour le (1) La remise en suspension du biofilm à marée haute : comment les microorganismes du biofilm benthique affectent le réseau trophique pélagique : a) caractérisation physique de la remise en suspension par érodimétrie ; modification de la qualité nutritive des eaux ‘enrichies’ en matière organique benthique (EPS, MOD, sels nutritifs) (collaboration AMES), b) impact sur les relations virus/bactéries/flagellés pélagiques. Et pour le (2) Le rôle des vecteurs biotiques dans le transfert trophique des microorganismes du biofilm : a) Les oiseaux limicoles à marée basse : le régime alimentaire du Bécasseau variable Calidris alpina (Pertuis-Charentais) et semipalmé C. semipalmata (Guyane française) : quantification du biofilm ingéré, caractérisation du biofilm et de la méiofaune associée afin d’estimer la disponibilité et l’abondance de la ressource (collaboration AMARE) b) Les poissons à marée haute : taux d’ingestion et assimilation du biofilm par le mulet (collaboration AMARE) et caractérisation de sa microflore digestive (bactéries et archées). La diversité phylogénétique et fonctionnelle de sa microflore permettra de comprendre comment le mulet se nourrit efficacement du biofilm.

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La remise en suspension du biofilm à marée haute

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Le rôle des vecteurs biotiques dans le transfert trophique des microorganismes du biofilm

Action 2 : Approches intégrées et comparaison des fonctionnements trophiques

L’objectif de cette action est d’étudier la structure et le fonctionnement des écosystèmes côtiers afin d’en dégager les types de réseaux trophiques et leurs propriétés émergentes. Pour cela, les approches seront centrées sur le suivi de la dynamique des compartiments trophiques principaux, la quantification des processus par des approches couplant expérimentations et suivi de marqueurs, et l’utilisation d’outils numériques pour dégager les patrons d’organisation et les variables forçantes (analyses multivariées et analyse inverse). Parmi les systèmes étudiés, de nombreuses connaissances sont déjà acquises dans le précédent quadriennal : certaines sont actuellement en cours d’analyse, d’autres sont déjà modélisées mais seront valorisées par des comparaisons inter-écosystèmes.

Volet 1 : Systèmes planctoniques le long du gradient marais–estuaires–baies semi-fermées– plateau continental

Le fonctionnement écologique du plancton sera étudié, avec comme objectif (1) de déterminer quels types de typologie de fonctionnement de Legendre et Rassoulzadegan (1995) (boucle ou réseau microbien, réseau multivore et herbivore) se retrouve dans diverses situations et (2) de chercher à compléter cette typologie. Pour les marais, l’objectif sera de déterminer quels sont les forçages environnementaux (climatiques et anthropiques) qui définissent les différents types de fonctionnement, ce que cela engendre en termes d’exportation, de recyclage, d’efficacité trophique, pour finalement rechercher des indicateurs d’état de santé d’un milieu très anthropisé (alimentation en eau, occupation du sol…). L’effet d’une perturbation exceptionnelle (tempête Xynthia de 2010) sera analysé sous l’angle de la résistance, de la résilience ou d’un retour vers un nouvel état. Pour les estuaires, l’objectif sera de caractériser les frontières écologiques via le compartiment zooplanctonique et son intégration dans le réseau trophique. Les communautés zooplanctoniques de l’estuaire de la Charente, de la Gironde et de l’Escault, se caractérisent-elles par une transition graduelle (écocline) ou soudaine (écotone) ? Au niveau des bassins semi-fermés (Marennes-Oléron, Arcachon), l’intérêt portera sur la caractérisation du bloom printanier. Ory et al. (2010) ont différencié ces deux bassins en période de bloom, d’un point de vue de la dynamique microbienne et en particulier virale (herbivorie versus multivorie). Mais il reste à déterminer le rôle joué par les virus dans les flux de matières et en particulier dans les propriétés émergentes (recyclage…) de cet état fortement instable.
Ces différentes observations du lien structure du réseau/stabilité seront discutées dans le contexte des théories sur cette relation (liant par exemple le recyclage, la complexité des voies trophiques ou au contraire la spécialisation de ces voies à une plus forte résistance). Et enfin, sur l’ensemble du gradient des marais jusqu’au plateau continental, une approche en analyse multivariée évaluera l’importance de quantifier les processus majeurs, en plus d’un suivi des biomasses des différents compartiments, pour définir les types de fonctionnement. Pour cela, des jeux de données comprenant la biomasse de tous les compartiments planctoniques, les productions primaire et bactérienne ainsi que les flux trophiques entre ces derniers (plateau continental du Golfe de Gascogne, Baie de Bizerte, Marais de Charente Maritime) sont disponibles, et d’autres pour lesquels les processus n’ont pas été acquis (Bassin de Marennes Oléron, zones polyhalines des estuaires Charente et Gironde).

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Volet 2 : Couplage benthos-pelagos : influence de la remise en suspension sur le fonctionnement trophique et comparaison inter-écosystèmes meubles

Sur les vasières nues (Brouage), la caractérisation du réseau trophique benthique et la quantification des flux de matière, en particulier lors de la remise en suspension, l’interaction du biofilm benthique avec le réseau trophique pélagique ont été étudiés dans le précédent quadriennal et sont en cours de valorisation (programme Vasiremi, collaboration AMARE, AMES, DPL) et en cours d’intégration dans un modèle en analyse inverse afin de caractériser les propriétés émergentes et de calculer des indices de l’analyse des réseaux (Ecological Network Analysis, ENA), avec ou sans remise en suspension selon les conditions climatiques. La question est : peut-on considérer que la remise en suspension constitue un lien faible entre deux sous-systèmes présentant a priori des liens forts ? Celle-ci serait alors un vecteur de stabilité selon le schéma de méta-système de Loreau et al (2003). La collaboration avec l’équipe DPL permettra de tenter de relier les scénarii climatiques, l’influence sur la remise en suspension du biofilm et les conséquences sur le réseau trophique couplé benthos-pélagos.
De nombreuses connaissances ont été acquises, ou sont en cours d’acquisition, sur d’autres systèmes que les vasières nues au cours du quadriennal précédent, en particulier sur les herbiers à zostères, habitats à forte valeur patrimoniale établis sur des sédiments plus sableux. Les profils verticaux de vitesse et flux d’érosion et de dépôt entre herbier à zostères et sédiment meuble nu seront mesurés par des expérimentations en mésocosme (canal benthique) pour mettre en évidence la modification des forçages hydrosédimentaires liée à la présence de l’herbier et la modulation de cette modification par effet de densité dépendance liée au cycle saisonnier de croissance végétale. Ainsi, les facteurs structurants qui expliquent la divergence du fonctionnement de ces deux habitats (vase nue : forte production microalgale avec une exportation physique importante ; herbier : fortes biomasses microalgale et détritique utilisées localement, avec une exportation par vecteurs biotiques) seront recherchés en complétant les données acquises par l’analyse plus fine (couplage GC-IRMS) des contributions de certaines sources (diatomées vs bactéries, diatomées planctoniques vs benthiques) ; puis la modélisation et la caractérisation des propriétés émergentes des modèles obtenus par les indices ENA. La comparaison de ces indices sera élargie à des sites plus variés (Estuaire du Mondego, Baie de Sylt…) où des modèles de réseaux trophiques couplés benthos-pelagos ont été mis en place précédemment. L’objectif est de caractériser les forçages physiques et l’influence d’une perte de diversité liée à la disparition des zostères sur le fonctionnement du système. Ceci permettra de mener une réflexion sur les indicateurs de santé des écosystèmes issus de l’analyse des réseaux et de leur lien avec les théories liants structure des réseaux et stabilité.

publie le mercredi 6 avril 2016